Обеспечение электробезопасности промышленных электроустановок напряжением до 1000 В

Выполнена для Институт Экономических преобразований и Управления Рынком (г.Москва). Даны ответы на вопросы по теме ...

"1. Причины электротравматизма. Первая помощь при электротравмах 3
2. Классификация помещений по степени опасности поражения электрическим током 5
3. Защитные меры в электроустановках напряжением до 1000 6
4. Защитное заземление 11
5. Зануление 14
6. Защитное отключение 17
7. Организация безопасной эксплуатации электроустановок 19
Список использованной литературы 21"

Наиболее распространенными причинами электротравматизма являются:
появление напряжения там, где его в нормальных условиях быть не должно (на корпусах оборудования, на технологическом оборудовании, на металлических конструкциях сооружений и т. д.). Чаще всего происходит это вследствие повреждения изоляции;
возможность прикосновения к неизолированным токоведущим частям при отсутствии соответствующих ограждений;
воздействие электрической дуги, возникающей между токоведущей частью и человеком в сетях напряжением выше 1000В, если человек окажется в непосредственной близости от токоведущих частей;
прочие причины. К ним относятся: несогласованные и ошибочные действия персонала; подача напряжения на установку, где работают люди; оставление установки под напряжением без надзора; допуск к работам на отключенном электрооборудовании без проверки отсутствия напряжения и т.д.

ручной инструмент - напряжение 42 В;
светильники - напряжение 42 В.
При невозможности применять напряжение 42 В ПТБ разрешает использовать электроинструмент на U = 220 В при наличии устройства защитного отключения или надежного заземления корпуса электроинструмента с обязательным использованием защитных средств (перчатки, коврики).
В качестве источников малых напряжений используются трансформаторы. Для уменьшения опасности при переходе высшего напряжения в сеть низшего вторичная обмотка трансформатора заземляется. Применение автотрансформаторов в качестве источников малого напряжения для питания переносного электроинструмента запрещается.
Двойная изоляция. При двойной изоляции, кроме основной рабочей изоляции токоведущих частей, применяют еще один слой изоляции, которым покрываются металлические нетоковедущие части, могущие оказаться под напряжением. Возможно изготовление корпусов электрооборудования из изолирующего материала (пластмассы, капрон). Широкое использование двойной изоляции ограничивается ввиду отсутствия пластмасс и покрытий, стойких к механическим повреждениям. Поэтому область применения двойной изоляции ограничена. Она используется в электрооборудовании небольшой мощности (инструмент, переносные токоприемники, бытовые приборы).
Выравнивание потенциала. Этот метод находит применение при работах на линиях электропередач, подстанциях. На подстанциях высокого напряжения выравнивание потенциалов осуществляется расположением заземлителей по контуру вокруг заземленного оборудования на небольшом расстоянии друг от друга, а внутри контура прокладывают в земле горизонтальные полосы (рис. 3).
Рис.3. Заземлитель с выравниванием потенциала
Расстояние от границ заземлителя до ограды электроустановки с внутренней стороны должно быть не менее 3 м. Поля растекания заземлителей накладываются, и любая точка на поверхности грунта внутри контура имеет значительный потенциал. Вследствие этого разность потенциалов между точками, находящимися внутри контура, снижена и коэффициент напряжения прикосновения  намного меньше единицы. Коэффициент напряжения шага также меньше максимально возможной величины.
Защита от опасности перехода напряжения с высшей стороны на низшую. Появление в сети напряжения, намного превышающего номинальное, может привести как к выходу из строя токоприемников, изоляция которых не рассчитана на это напряжение, так и к поражению персонала током , так как при этом обычно происходит замыкание на корпус и появляются опасные напряжения прикосновения и шага.
Защита сетей напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью от возможного перехода в эту сеть высшего напряжения осуществляется при помощи установки пробивного предохранителя (рис. 4).
Рис. 4. Схема включения пробивного предохранителя
Рассмотрим два случая при U1л = 6000 В, U2ф = 220 В.
Замыкание на высокой стороне. Пробивной предохранитель П отсутствует. При замыкании напряжение между нейтральной точкой и землей будет равно .
Напряжение фазных проводов сети 380 В будет U2Ф = 3460 + 220= = 3680 В.
Последствием этого случая может быть пробой изоляции и появление на корпусе напряжения 3680 В.
Замыкание на высокой стороне. Нейтраль с низшей стороны заземлена через пробивной предохранитель П. Согласно ПУЭ сопротивление заземления должно быть RЗ  125 / IЗ , это значит, что напряжение между нейтральной точкой и землей при замыкании не превышает 125 В. Напряжение фазных проводов сети 380 В будет
U2Ф = 125 + 220 = 345 В.
При этом пробоя изоляции не будет. В сетях с заземленной нейтралью предохранители не устанавливаются. Безопасность в них обеспечивается правильным выбором сопротивления заземления RЗ.
Защита от потери внимания, ориентировки и неправильных действий. Эта защита осуществляется путем применения блокировок, сигнализации, специальной окраски оборудования, маркировки, знаков безопасности.
4. Защитное заземление
Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Цель защитного заземления - снизить до безопасной величины напряжение относительно земли на металлических частях оборудования, нормально не находящихся под напряжением. В результате замыкания на корпус заземленного оборудования снижается напряжение прикосновения и, как следствие, ток, проходящий через человека, при прикосновении к корпусам.
UПР = UЗ ; IЧ = UПР/RЧ.
Защитное заземление может быть эффективным только в том случае, если ток замыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротивления заземления растеканию тока в земле. Это возможно только в сетях с изолированной нейтралью, где при коротком замыкании ток Iз почти не зависит от сопротивления Rз, а определяется в основном сопротивлением изоляции проводов.
Заземляющее устройство бывает выносным и контурным. Выносное заземляющее устройство применяют при малых токах замыкания на землю, а контурное - при больших.
Согласно ПУЭ заземление установок необходимо выполнять:
при напряжении 380 В и выше переменного тока, 440 В и выше постоянного тока - во всех электроустановках;
при напряжении выше 42 В , но ниже 380 В переменного тока и от 110 до 440 В постоянного тока в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках;
во взрывоопасных помещениях при всех напряжениях.
Для заземляющих устройств в первую очередь должны быть использованы естественные заземлители:
водопроводные трубы, проложенные в земле;
металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие надежное соединение с землей;
металлические оболочки кабелей (кроме алюминиевых);
обсадные трубы артезианских скважин.
Запрещается в качестве заземлителей использовать трубопроводы с горючими жидкостями и газами, трубы теплотрасс.
Естественные заземлители должны иметь присоединение к заземляющей сети не менее чем в двух разных местах.
В качестве искусственных заземлителей применяют:
стальные трубы с толщиной стенок 3,5 мм, длиной 2 - 3 м;
полосовую сталь толщиной не менее 4 мм;
угловую сталь толщиной не менее 4 мм;
прутковую сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м и более.
Все элементы заземляющего устройства соединяются между собой при помощи сварки, места сварки покрываются битумным лаком. Допускается присоединение заземляющих проводников к корпусам электрооборудования с помощью болтов.
Расчет защитного заземления. Расчет защитного заземления имеет целью определить число вертикальных заземлителей и их размеры; размещение заземлителей; длины соединительных горизонтальных проводников и их сечения. Расчет заземления может производиться как по допустимому сопротивлению растекания тока заземлителя, так и по допустимым напряжениям прикосновения и шага.
В настоящее время расчет заземлителей производится в большинстве случаев по допустимому сопротивлению заземлителя. При этом в основном применяется способ коэффициента использования (когда земля считается однородной) и реже - способ наведенных потенциалов (когда земля принимается двухслойной).
Порядок расчета
Уточняют исходные данные: тип установки, виды основного оборудования, рабочие напряжения, план электроустановки с указанием всех основных размеров оборудования, формы и размеры электродов заземляющего устройства, удельное сопротивление грунта, характеристику климатической зоны, данные об естественных заземлителях, расчетный ток замыкания на землю, расчетные значения допустимых напряжений прикосновения и шага, время действия защиты, если расчет производится по напряжениям прикосновения и шага.
Определяют требуемое сопротивление растеканию заземляющего устройства Rз по табл.1.
Таблица 1
Сопротивления защитных заземлителей в электрических установках
Характеристика установок
Допустимое сопротивление заземлителей Rз, Ом
Установки напряжением выше 1000 В. Защитное заземление в установках с большими токами замыкания на землю (IЗ > 500 А)
RЗ  0,5
Заземляющее устройство одновременно используется для установок напряжением до и выше 1000 В ( Iз < 500 А)
RЗ = 125 / IЗ  4
Заземляющее устройство используется только для установок выше 1000 В и током замыкания на землю IЗ < 500 A
RЗ = 250 / IЗ  10
Электроустановки напряжением 380 / 220 В
RЗ  4
Определяют путем замера или расчетом возможное сопротивление растеканию естественных заземлителей RЕ.
Если RЕ < RЕ, то устройство искусственного заземления не требуется. Если RЕ > RЗ, то необходимо устройство искусственного заземления. Сопротивление, Ом, растекания искусственного заземления RИ = RЗ RЕ / (RЕ - RЗ). Далее расчет ведется по RИ. Определяют удельное сопротивление грунта  из справочников. При производстве расчетов эти значения должны умножаться на коэффициент сезонности КС, зависящий от климатических зон и вида заземлителей. Расчетное удельное сопротивление грунта для стержневых заземлителей (вертикальных заземлителей) РАСЧ. В = =КС; для протяженного заземлителя РАСЧ. П = К’С.
Определяют сопротивление, Ом, растеканию одного вертикального заземлителя - стержневого круглого сечения (трубчатый или уголковый) в земле (рис.5).
Рис. 5. Расположение вертикального заземлителя в земле
.
При этом l >> d; tо >> 0,5 м; для уголка с шириной полки b получают d = 0,95b. Все размеры даны в метрах, а удельное сопротивление грунта в Омм.
Установив характер расположения заземлителей в ряд или контуром, определяют число вертикальных заземлителей nв = RЕ/(ЕRИ), где в - коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними. На площади установки заземлителей размещают вертикальные заземлители nв и определяют длину соединительной полосы lп = 1,1 nва, где а - расстояние между вертикальными заземлителями (обычно отношение расстояния между вертикальными заземлителями к их длине принимают равным а / l = 1; 2; 3). Расчет на этом можно закончить и не определять сопротивление соединительной полосы, поскольку длина ее относительно невелика (в этом случае фактическая величина сопротивления заземляющего устройства будет несколько завышена).
5. Зануление
Зануление - преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Нулевой защитный проводник - проводник, соединяющий зануляемые части с нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом.
Зануление применяется в сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью. В случае пробоя фазы на металлический корпус электрооборудования возникает однофазное короткое замыкание, что приводит к быстрому срабатыванию защиты и тем самым автоматическому отключению поврежденной установки от питающей сети. Такой защитой являются: плавкие предохранители или максимальные автоматы, установленные для защиты от токов коротких замыканий; автоматы с комбинированными расцепителями.
При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключается, если ток однофазного короткого замыкания IЗ удовлетворяет условию IЗ  кIН, где IН - номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автоматического выключателя, А; к - коэффициент кратности тока.
Для автоматов к = 1,25 - 1,4. Для предохранителей к = 3.
Проводимость нулевого защитного проводника должна быть не менее 50 % проводимости фазного провода. В качестве нулевых защитных проводников применяют голые или изолированные проводники, стальные полосы, кожухи шинопроводов, алюминиевые оболочки кабелей, различные металлоконструкции зданий, подкрановые пути и т.д.
При обрыве нулевого провода и замыкании фазы на корпус за местом обрыва, при отсутствии повторного заземления напряжение между корпусами и землей будет равно фазному напряжению.
При наличии повторного заземления напряжение на корпусах за местом обрыва снизится до значения
UЗ = IЗRП = UФRП / (RЗ + RП) ,
где Rз - сопротивление заземления нейтрали,
Rп - сопротивление повторного заземления.
Зануление рассчитывается на отключающую способность; на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю (расчет заземления нейтрали); на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на корпус (расчет повторного заземления нулевого защитного проводника).
Расчет на отключающую способность проводится для наиболее удаленных в электрическом смысле точек сети:
IЗ = UФ/(ZТР/3 + ZП) ,
где UФ - фазное напряжение сети, В;
ZТР/3 - сопротивление фазы трансформатора, Ом;
ZП - полное сопротивление петли фаза - нуль линии до наиболее удаленной точки сети, для трансформаторов мощностью более 630 кВ·А сопротивление фазы трансформатора можно принять равным нулю.
,